Hệ thống thông tin quang
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG THƯƠNG TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ … … BÁO CÁO MÔN THÔNG TIN QUANG VÀ VIBA SỐ Đề tài: HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG GIẢNG VIÊN: BỐC MINH TRÍ Nhóm : Huỳnh Ngọc Hà Nguyễn Hữu Phúc Đinh Thị Lộc Bùi Minh Nhựt Ngô Chí Cường Ngô Xuân Văn TPHCM, Tháng 10 năm 2015 HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG Trong chương trước, đề cập đến ba thành phần hệ thống thông tin quang – sợi quang, phát quang thu quang Trong chương này, xem xét yếu tố liên quan đến thiết kế chất lượng hệ thống ba thành phần nói gắn với để hình thành hệ thống thông tin quang thực tế Phần trình bày tổng quan kiến trúc hệ thống thông tin quang Phần hướng dẫn thiết kế hệ thống thông tin quang, bao gồm việc xem xét ảnh hưởng suy hao tán sắc đề cập phần Quỹ công suất quỹ thời gian lên giới thiệu phần Phần xem xét vấn đề liên quan đến chất lượng hệ thống, đặc biệt suy giảm chất lượng tín hiệu lan truyền qua sợi quang Phần cuối chương trình bày tổng quan loại hệ thống thông tin quang để có nhìn tổng quát hệ thống CÁC KIẾN TRÚC HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG Từ quan điểm kiến trúc, hệ thống truyền thông cáp sợi quang phân loại thành loại – tuyến kết điểm- điểm, mạng phân bố mạng cục Trong phần tập trung xem xét đặc điểm kiến trúc 1.1 Tuyến điểm nối điểm Tuyến điểm nối điểm loại kiến trúc đơn giản hệ thống thông tin quang Vai trò chúng chuyển tải thông tin dạng luồng số bit từ nơi đến nơi khác cách xác Chiều dài tuyến thay đổi từ nhỏ km (cự ly ngắn) đến hàng ngàn km (cự ly dài), phụ thuộc vào ứng dụng Khi chiều dài tuyến vượt giá trị đó, nằm khoảng từ 20-100 km phụ thuộc vào bước sóng công tác, cần thiết phải bù đắp suy hao sợi quang, ngược lại tín hiệu trở nên yếu để tách phía thu Hình Các tuyến điểm nối điểm có bù suy hao định kỳ cách, (a) sử dụng trạm tái tạo (b) sử dụng khuếch đại quang Các trạm lặp gồm thu theo sau phát Hình trình bày hai sơ đồ thường sử dụng để bù suy hao quang Các lặp quang điện, gọi trạm tái tạo chúng tái tạo lại tín hiệu quang, sử dụng năm 1990 Như hình (a) tái tạo chẳng qua cặp thu – phát tách tín hiệu quang đến, khôi phục lại bit điện, chuyển đổi ngược lại thành tín hiệu quang cách điều chế nguồn quang Sự tiến công nghệ khuếch đại quang sau làm cách mạng phát triển hệ thống thông tin quang [8]-[10] Các khuếch đại quang đặc biệt có giá trị cho hệ thống ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) chúng khuếch đại nhiều kênh đồng thời Các khuếch đại đề cập đến sách “Hệ thống thông tin quang – Tập 2” Các khuếch đại quang giải vấn đề suy hao chúng lại bổ xung thêm nhiễu làm trầm trọng thêm ảnh hưởng tán sắc hiệu ứng phi tuyến suy giảm tín hiệu tích lũy tầng khuếch đại Thực tế, hệ thống thông tin quang khuếch đại cách định kỳ thường bị giới hạn tán sắc trừ kỹ thuật bù tán sắc sử dụng Các lặp quang điện không bị ảnh hưởng vấn đề chúng tái tạo lại luồng bit ban đầu bù trừ hiệu tất nguồn suy giảm tín hiệu cách tự động Để thay cho lặp quang điện tử, tái tạo quang phải thực ba chức tương tự – tái tạo (regeneration), sửa dạng (reshaping), định thời lại (retiming) tín hiệu (vì gọi lặp 3R) Mặc dù có nỗ lực đáng kể việc nghiên cứu phát triển khuếc đại toàn quang (bộ khuếch đại quang), hầu hết hệ thống mặt đất sử dụng kết hợp hai kỹ thuật hình đặt tái tạo quang điện sau số lượng định khuếch đại quang Cho đến năm 2000, khoảng cách lặp 3R tầm 600-800 km Cũng kể từ hệ thống đường cực dài phát triển truyền tín hiệu quang xa 3000 km mà không cần sử dụng lặp 3R [12] Khoảng cách L tái tạo khuếch đại quang (hình 1) thường được gọi khoảng lặp (repeater spacing), tham số thiết kế chủ yếu giá thành hệ thống giảm L tăng Tuy nhiên, thảo luận mục 2.4, tán sắc khoảng cách L phụ thuộc vào tốc độ bít B Tích tốc độ bit - khoảng cách, BL, thông thường sử dụng thước đo chất lượng tuyến điểm nối điểm Tích BL phụ thuộc bước sóng hoạt động, suy hao tán sắc sợi quang điều phụ thuộc vào bước sóng 1.2 Mạng quảng bá phân bố Nhiều ứng dụng hệ thống thông tin quang đòi hỏi thông tin không truyền mà phải phân bố đến nhóm thuê bao Ví dụ phân bố mạch vòng thuê bao dịch vụ điện thoại quảng bá đa kênh video truyền hình cáp Các mạng phân bố có khoảng cách truyền ngắn ( < 50km) tốc độ bit cao (đến 10Gb/s nữa) [1] Hình 2: (a) Tôpô hub (b) tôpô bus dành cho mạng phân bố Hình hai tôpô mạng phân bố Trong trường hợp tôpô hub, phân bố kênh đặt vị trí trung tâm (hay hub), nơi mà thiết bị kết nối chéo tự động chuyển mạch kênh miền điện Những mạng gọi mạng đô thị (MAN) hub thường đặt thành phố lớn [13] Vai trò sợi quang tương tự trường hợp tuyến điểm nối điểm Bởi băng thông sợi thông thường lớn yêu cầu trạm hub riêng biệt, vài trạm chia sẻ một sợi quang xuất phát cho hub Các mạng điện thoại dùng mô hình hub để phân bố kênh âm bên thành phố Vấn đề cần quan tâm mô hình hub gián đoạn cáp quang ảnh hưởng đến dịch vụ phần lớn mạng Có thể sử dụng tuyến nối điểm nối điểm bổ xung nối hub quan trọng trực tiếp với để bảo vệ chống lại cố Trong trường hợp tôpô bus, sợi quang mang tín hiệu quang đa kênh suốt vùng dịch vụ Sự phân bố được thực cách sử dụng nối phân nhánh quang (optical tap), có tác dụng làm trệch hướng phần nhỏ công suất quang đến thuê bao Một ứng dụng CATV đơn giản tôpô bus việc phân bố đa kênh video thành phố Việc sử dụng sợi quang học cho phép phân bố số lượng lớn kênh (100 ) băng thông lớn lơn nhiều so với cáp đồng trục Một vấn đề với tôpô bus suy hao tín hiệu tăng theo hàm mũ với số lượng nối phân nhánh giới hạn số lượng thuê bao phục vụ bus quang Thậm chí suy hao sợi quang bỏ qua, công suất có nối phân nhánh thứ N cho [1] )(1 C )] N N P T P C[(1 Trong PN công suất phát, C phần công suất tách nối phân nhánh, suy hao xen, giả định nối phân nhánh Nếu ta lấy δ=0.05, C=0.05, PT=1mW, PN =0.1mW giá trị minh họa, N không vượt 60 Một giải pháp cho vấn đề sử dụng khuếch đại quang làm tăng công suất quang cách định kỳ cho phép phân bố đến số lượng lớn thuê bao dài ảnh hưởng tán sắc bỏ qua 1.3 Mạng cục LAN Nhiều ứng dụng công nghệ truyền dẫn quang đòi hỏi mạng phần lớn người dùng mạng cục ( ví dụ khuôn viên trường đại học) kết nối với theo cách mà người dùng truy cập mạng cách ngẫu nhiên để truyền liệu đến dùng khác[14]- [16] Các mạng gọi mạng cục (LAN) Các mạng truy nhập quang sử dụng vòng thuê bao nột hạt thuộc loại [17] Bởi khoảng cách truyền dẫn tương đối ngắn ([...]... pha phản xạ bất lợi cho các hệ thống truyền thông tin có kết nối chặt chẽ với nhau Hệ thống sóng ánh thường bị ảnh hưởng của nhiễu nội hơn là nhiễu phase 4 CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 4.1 Phân chia hệ thống theo dạng tín hiệu Trong hệ thống thông tin quang, tín hiệu được truyền có thể là dạng analog hoặc dạng số Tương ứng chúng ta sẽ có hệ thống quang analog hoặc hệ thống quang số Trong trường hợp analog,... trong học phần Thông tin quang 2” TÓM TẮT Như vậy trong chương này chúng ta đã có cái nhìn tổng quát về các loại hệ thống thông tin quang Trong thông quang 1, các công thức và kiến thức chúng ta có được ở các chương trước là dành cho hệ thống một bước sóng, sử dụng kiểu điều chế và tách sóng là IM/DD Khi thiết kế một tuyến cáp quang, chúng ta để ý đến quỹ công suất, quyết định cự ly thông tin; và quỹ... triển khai cho hệ thống analog, hệ thống số, và hệ thống WDM [1] d Ghép kênh phân chia theo mã CDM Ghép kênh theo mã CDM (Code-Division Multiplexing) cũng giống như kỹ thuật trải phổ trong hệ thống vô tuyến, tuy nhiên trong hệ thống quang mỗi kênh được mã theo cách trải phổ trong vùng rộng hơn so với vùng của tín hiệu gốc i Mã hoá chuỗi trực tiếp: Các linh kiện mới cần thiết cho hệ thống CDM là các... Tuy nhiên nếu sử dụng mã NRZ, hệ thống sẽ hoạt động được Nếu mã RZ được yêu cầu trước, người thiết kế phải chọn máy phát và máy thu khác để đáp ứng qũy thời gian lên Mã NRZ thường được sử dụng vì nó cho phép qũy thời gian lên lớn hơn ở cùng một tốc độ bit 3CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG Độ nhạy của máy thu quang học trong hệ thống thông tin quang thực tế bị ảnh hưởng bởi... dẫn của chúng bị giới hạn dưới 10km Vì lý do này, các sợi quang đa mode chiệt suất bậc ít khi được sử dụng trong thiết kế hệ thống thông tin quang Sử dụng Sử dụng sợi quang chiết suất giảm dần có giới tán sắc mode theo công thức (2.81) sẽ cho sự cải thiện đáng kể Điều kiện BTL=2C/(n1Δ2) được biểu thị trên hình 4 và chỉ ra rằng hệ thống thông tin quang 0.85 µm bị giới hạn bởi suy hao, hơn là bị giới hạn... bản chúng ta có loại hệ thống, đó là hệ thống IM/DD (điều chế cường độ) và hệ thống Coherent a Hệ thống IM/DD: Sơ đồ khối của hệ thống IM/DD (điều chế cường độ và tách sóng trực tiếp) được mô tả ở hình 1 Với kỹ thuật này không cần phải điều chế hay giải điều chế tín hiệu điện trước khi chuyển đổi thành tín hiệu ánh sáng, do đó thực hiện dễ dàng Hình 15: (a) Hệ thống quang analog sử dụng điều chế cường... khi ngõ vào bị thay đổi đột ngột Đồ thị 5 minh họa khái niệm này Hình 5 Thời gian lên Tr trong với hệ thống tuyến tính bị giới hạn dải thông Trong một hệ thống tuyến tính, giữa dải thông Δf và thời gian lên Tr có mối quan hệ nghịch đảo Có thể hiểu dễ dàng mối quan hệ này thông qua việc phân tích một hệ thống tuyến tính đơn giản là một mạch RC Khi điện áp ngõ vào trong mạch RC thay đổi đột ngột từ 0... Dải thông của mạch RC tương ứng với tần số tại đó |H(f)|2 = ½ và được xác định theo công thức quen thuộc B = (2πRC)-1 Áp dụng công thức ( 8), ta có mối quan hệ giữa B và Tr như sau: Tr 2.2 2 B 0.35 B ( 10) Mối quan hê nghịch đảo giữa thời gian lên và dải thông xảy ra trong tất cả các hệ thống tuyến tính Tuy nhiên, tích TrB có thể khác 0.3 Ta có thể sử dụng TrB = 0.35 trong thiết kế hệ thống thông tinquang... giải mã (decoder) hay bộ giải điều chế (demodulator) để khôi phục lại tín hiệu gốc ban đầu Hình 8 Các linh kiện nguyên lý của hệ thống thông tin quang tổng quát cho truyền dẫn số hoặc analog 4.2 Phân loại theo chuẩn ghép kênh Về lý thuyết, dung lượng của hệ thống thông tin quang có thể đạt hơn 10Tbit/s vì sóng mang là ánh sáng có tần số lớn Tuy nhiên, thực tế tốc độ bit bị giới hạn ở giá trị 10Gbit/s... khác nhau Tín hiệu quang ở bộ thu sẽ được phân ra thành các kênh riêng biệt bằng kỹ thuật quang Chi tiết về hệ thống WDM chúng ta sẽ được nghiên cứu trong học phần thông tin quang nâng cao, trong phần này chúng ta chỉ khái quát về ghép kênh theo bước sóng WDM có khả năng khai thác băng thông rộng lớn tiềm năng của sợi quang Chẳng hạn, hàng trăm kênh 10Gbit/s có thể truyền trên cùng sợi quang khi khoảng ... lượng hệ thống ba thành phần nói gắn với để hình thành hệ thống thông tin quang thực tế Phần trình bày tổng quan kiến trúc hệ thống thông tin quang Phần hướng dẫn thiết kế hệ thống thông tin quang, ... hệ thống truyền thông tin có kết nối chặt chẽ với Hệ thống sóng ánh thường bị ảnh hưởng nhiễu nội nhiễu phase CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 4.1 Phân chia hệ thống theo dạng tín hiệu Trong hệ thống. ..HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG Trong chương trước, đề cập đến ba thành phần hệ thống thông tin quang – sợi quang, phát quang thu quang Trong chương này, xem xét yếu